Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 11 из 13)

Величина G_в може бути визначена за рівнянням 5.11

Тепло, що вноситься коксовим газом:

Q₁=9163991,8 кДж/год.

Тепло реакції нейтралізації складає:

Q₂=

,

де 195673-тепло реакції нейтралізації, кДж/кмоль Н₂SO₄.

Тепло, що уноситься сухим коксовим газом:

Q₃=(19456×2,933+1872×1,03+832×0,997+1,6×2,13)×52=3110927кДж/год

Тоді

,

Таким чином, загальна кількість газів, що виходять з другого ступеня абсорбції, дорівнює:

кг/год м³/год

Сухий коксовий газ …………….......19456,0 48518,5

Бензольні вуглеводні……………..…..1872,0 505,2

Аміак……………………….……......….....1,6 2,1

Сірководень………………………....….832,0 548,1

Піридинові основи………………..….….20,8 6,0

Водяні пари……….……….…….........2377,5 2958,7

Всього….…….……...24559,9 52538,6

2. Циркулюючий розчин

Кількість циркулюючого розчину, що виходить з другого ступеня абсорбера, позначимо G₄ кг/год.

Тоді загальна витрата дорівнює 24559,9+ G₄

Прирівнюючи прихід і витрату, отримаємо

24394,5+G₃= 24559,9+ G₄

чи

G₃= G₄+165,4.

Кількість розчину, що поступає на другий ступінь абсорбера, приймаємо за об'ємом рівним кількості розчину, що поступає на перший ступінь абсорбції, що забезпечує однакову щільність зрошування.

Оскільки об'єм розчину, що поступає на другий ступінь, рівний 131,3 м³/год, то маса розчину при щільності 1,2 кг/л буде дорівнювати:

G₃= 131,3×1200=157560 кг/год.

Тоді

G₄=157560 - 165,4=157394,6 кг/год.

Матеріальний баланс другого ступеня абсорберу заносимо у таблицю 5.4 , кг/год:

Таблиця 5.4 Матеріальний баланс другого ступеня абсорберу

Прихід		Витрата
Коксовий газ	24394,5	Коксовий газ	24559,9
Циркулюючий розчин	157560,0	Циркулюючий розчин	157394,6
Всього	181954,5	Всього	181954,5

Тепло, що уноситься коксовим газом при температурі 52°С:

Q₅=3110927+(2493+1,84×52)×2377,5 =9291761,3кДж/год.

Тепло циркулюючого розчину:

Q₆=157394,6×2,933×t=461638,4×tкДж/год.

Тепловий баланс другого ступеня абсорберу наведено у таблиці 5.5.

Таблиця 5.5 Тепловий баланс другого ступеня абсорберу

Прихід		Витрата
Тепло коксового газу	9163991,8	Тепло коксового газу	9291761,3
Тепло нейтралізації	101630,2	Втрати тепла зовні	125700
Тепло циркулюючого розчину	24030421	Тепло циркулюючого розчину	157394,6×2,933×t=461638,4×t
Всього	33296043	Всього	9417461,3+461638,4×t

Прирівнюючи прихід та витрату тепла, отримаємо температуру розчину, який виходить з другого ступеня абсорберу у циркуляцію t=51,7°C

5.5 Матеріальний та тепловий баланси збірника другого ступеня

5.5.1 Матеріальний розрахунок

Прихід. У збірник абсорбера другого ступеня поступають: циркулюючий розчин з абсорбера, сірчана кислота, вода для поповнення циклу.

Визначимо кількість цих потоків :

1. Кількість кислоти, що поступає, позначимо х₂.

2. Кількість розчину, що поступає з абсорберу, дорівнює:

G₂=157394,6 –327=157067,6кг/год.

3. Кількість води для поповнення циклу позначимо у₂.

Загальний прихід дорівнює 157067,6+ х₂ + у₂.

Витрата. Кількість розчину, що виводиться зі збірника в циркуляцію, дорівнює 157560 кг/год.

Прирівнюючи прихід і витрату, отримав:

x₂+ у₂=492,4.

Для визначення х₂ і у₂ складаю баланс моногідрату сірчаної кислоти.

Прихід:

З кислотою при концентрації, рівною 92,5%.......0,925× х₂

Витрата:

Переток розчину на перший ступінь………….………39,2

На реакцію з NH₃у другому ступені ………………....67,4

Всього……..…….....106,6

Прирівнюючи прихід і витрату, отримаємо 0,925× х₂=106,6

Звідси кількість розчину кислоти х₂ = 115,2 кг/год, з них: моногідрату 115,2×0,925= 106,6 і води 8,6 кг/год.

Тоді, кількість води, необхідної для поповнення циклу :

y₂=492,4 – 115,2=377,2кг/год.

5.5.2 Тепловий баланс збірника другого ступеня

Прихід. 1. Тепло, внесене циркулюючим розчином:

Q₁=157067,6×3,31×52=27034475,3 кДж/год.

2. Тепло, що вноситься кислотою:

Q₂=115,2×1,55×20=3571,2кДж/год ,

де 1,55 - теплоємність сірчаної кислоти, кДж/(кг×град), 20-температура кислоти °С.

3. Тепло, внесене водою поповнення :

Q₃=377,2×4,19×20=31609,4 кДж/год,

де 4,19 - теплоємність води, кДж/(кг×град).

4. Тепло розбавлення сірчаної кислоти від 92,5 до 12%:

кДж/кмоль

де

де 88 - кількість відсотків води у розчині;

12 - кількість відсотків кислоти у розчині;

98 - молекулярна маса сірчаної кислоти;

18 - молекулярна маса води;

тана106,6 кг/годмоногідрату

Q₄=

.

Загальний прихід тепла

Q_прих=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=27034475,3+3571,2+31609,4+61896,7=27131552,6 кДж/год.

Витрата.1.Тепло, що втрачається зовні (згідно практичних даних):

Q₅=125700кДж/год.

2.Тепло, що уноситься циркулюючим розчином:

Q₈=157560×3,31×t=521523,6×tДж/год.

Всього, витрата тепла : 125700+521523,6×t.

Прирівнюючи прихід та витрату

27131552,6=125700+521523,6×t,

звідси температура розчину, яка встановилася t=52°С.

Баланс кислоти та води поповнення наведено у таблиці 5.6

Таблиця 5.6 Баланс кислоти та води

Компоненти	Збірник 1		Збірник 2		Всього		Разом
	Н2SО4	H2O	Н2SО4	H2O	Н2SО4	H2O
Розчин кислоти	940,8	76,3	106,6	8,6	1047,4	84,9	1132,3
Вода поповнення циклу	—	2611,6	—	377,2	—	2988,8	2988,8
Всього	940,8	2687,9	106,6	385,8	1047,4	3073,7	4121,1

Матеріальний баланс сульфатної установки наведено у таблиці 5.7, кг/год:

Таблиця 5.7 Матеріальний баланс сульфатної установки, кг/год

Прихід		Витрата
Коксовий газ:Сухий коксовий газВодяні париБензольні вуглеводніСірководеньАміакПіридинові основи	24105,8194561560187283236520,8	Коксовий газ:Сухий коксовий газВодяні париБензольні вуглеводніСірководеньАміакПіридинові основи	24559,5194562377,518728321,620,8
Сірчана кислота	1132,3	Сульфат амонію	1440,4
Промивна вода	95
Вода для поповнення циклу	2988,8	Випаровується води у випарнику	2321,6
Всього	28321,9	Всього	28321,9

5.6 Розрахунок випарника

5.6.1 Матеріальний розрахунок

У випарник поступає розчин з першого ступеня абсорберу наступного складу:

кг/год %

Сульфату амонію………….2037,7 40

Сірчаної кислоти…………......50,9 1

Води………………………...3005,7 59

Всього……5094,3 100

У випарнику випаровується вода у кількості 2321,6 кг/год. Тому з випарника виходить пульпа наступного складу :

кг/год %

Сульфату амонію………….2037,7 73,4

Сірчаної кислоти…………......50,9 1,8

Води……………………….....684,1 24,8

Всього.........2772,7 100

При відділенні кристалів сульфату амонію у кількості 1440,4 кг/год після центрифуги залишиться маткового розчину 2772,7 – 1440,4=1331,8 кг/год.

Склад цього розчину: кг/год %

Сульфату амонію ……..2037,7 – 1411,6=626,1 47,0

Сірчаної кислоти…………...………............50,9 3,8

Води…………………...........684,1 – 28,8=655,3 49,2

Всього……...............1332,3 100

5.6.2 Тепловий розрахунок випарника

Прихід. 1. Тепло, що вноситься розчином при температурі 57,8°С :

Q₁=5094,3×2,933×57,8=863623,4 кДж/год.

2. Тепло кристалізації сульфату амонію

Q₂=

,

де 10894- тепло кристалізації , кДж/моль (NH₄)₂SO₄.[6]

3. Тепло гріючої пари Q₃.

Всього прихід: Q_прих.=980123,2+ Q₃.

Витрата. 1. Тепло, що уноситься пульпою з випарника:

Q₄=(1332,3×2,68+1440,4×1,42)×58=325724,1кДж/год.

2. тепло, що уноситься парами води з випарника :

Q₅=2321,6×4,19×2576,9=25066805,1 кДж/год,

де 2576,9- ентальпія пари,кДж/кг, при тиску у апараті, рівному

760-685=75 мм рт. ст.

3. Тепло концентрування сірчаної кислоти незначне (від 1% до 3,8%), тому ним нехтуємо.

4. Тепло, що втрачається зовні:

Q₆=125700 кДж/год.

Загальна витрата тепла Q_витр.=25518229,2 кДж/год.

Прирівнюючи прихід та витрату, отримаємо тепло гріючої пари :

980123,2+ Q₃=25518229,2

Q₃=24538106 кДж/год.

Приймаючи пару тиском 1,75 кг/см² з температурою 115°С та теплотою конденсації 2220,7 кДж/кг, отримаємо витрату пари :

6. Технологічні розрахунки

6.1 Визначення розмірів абсорберів першого та другого ступенів

Кількість газу, який поступає в абсорбер наведено у таблиці 5.1

Об’єм коксового газу визначаю за формулою [6]:

V_к.г=

(6.1)

де G– кількість коксового газу, кг/год;